汽车发动机
再制造发展现状及其关键技术
刘 谦 戴庆荣
一、前言
再制造工程是正在发展中的一个新兴研究领域和新兴产业。再制造工程运用先进表面技术、技术、产业化生产方式、, 每年因磨, 与人民生活密切相关的汽车、家电、电脑等产品的报废数量更是惊人。据统计1996年全球就有2400万辆汽车报废, 到2004年仅美国就将有3. 15亿台计算机被废弃, 整个人类的生存环境面临日益增长的产品废弃物的压力。面对如此大量报废产品的处理, 如何尽量减少材料和能源的浪费, 减少环境污染, 最大限度地重新利用资源, 已经成为亟待解决的问题。再制造工程是解决资源浪费、环境污染和废旧产品翻新改造的最佳方法和途径之一。因此大力发展再制造技术已经是许多有识之士的共识, 国内外对再制造工程的研究越来越多。
二、汽车再制造工程
汽车零部件的再制造研究较早, 在国外已经形成了规模相当大的产业。美国汽车工程师协会(S AE ) 多次举办以“再制造”为主题的学术会议, 并对一些具体零部件(如离合器、发动机、变速箱、转向器等) 的再制造制定了标准。美国汽车发动机产品再制造协会(PERA ) 每月都出版关于再制造产品市场、销售、生产和管理的快报, 并主办《汽车再制造杂志》。美国福特汽车公司正在建立一个旧部件交流中心, 充分利用回收再制造的部件; 福个位置的某个数字代表什么意义不但有限, 而且需要有专门的编码手册来说明, 记忆量太大, 从而影响到编码的可理解性, 妨碍备件编码的使用和普及。
41为了有效检索利用历史数据, 备件编码应有稳定性, 而备件分类有可能随着时间或地域的不同而发生变化, 所以备件的类别可用单独字段来记录, 没必要在备件编码中得到体现。
51音型码属于备件品种编码, 而不是备件实物编码, 在备件入库、保管和出库跟踪等备件实物管理阶段除了备件编号可作为备件查询或统计的编码外, 还要将备件入库批号作为备件实物跟踪编码。
五、音型码的应用情况及长远意义
我厂是由定额管理员来负责录入备件名称和型号等数据, 审核无误后由计算机根据音型码规则自动生成备件编码, 完全实现了备件编码自动化, 从而大大减轻了人工编码难度和编码
特、, 建立汽车拆卸、再制造和再循环利用。, 节约了军用装备。
车辆再制造在我国的研究应用尚处于起步阶段, 很多项目主要集中在再制造单项技术的研究和理论研究上, 很少深入到汽车再制造的生产实践中去。表面工程技术应用于汽车再制造将提升再制造的产品质量。目前装甲兵工程学院正在建设国家级再制造技术科技重点实验室, 为装备的再制造升级改造与延寿提供了研究基地与实验平台。国内的济南、上海已经建立了汽车发动机的再制造生产线, 形成了一定的再制造能力。北京昊兰汽车修理厂也经过充分论证, 正在建设汽车发动机再制造生产线, 并与全军装备维修表面工程研究中心合作开展表面工程技术在汽车发动机再制造中的应用研究, 进一步提高再制造产品的质量。
三、汽车发动机再制造的关键技术
再制造工程所需要的技术种类非常广泛, 其中各种表面技术和复合表面技术主要用来修复和强化废旧零件的失效表面, 是实施再制造的主要技术
。由于废旧零部件磨损和腐蚀等失效主要发生在表面, 因此各种各样的表面涂敷和改性技术应用的最多; 纳米涂层及纳米减摩自修复技术是以纳米材料为基础, 通过特定涂层工艺对表面进行高性能强化, 或应用摩擦化学等理论在摩擦损伤表面原位形成自修复膜层的技术, 也可以归入表面技术之中; 修复热处理是通过恢复金属内部组织结构来恢复工作量, 提高了编码效率和编码质量。
在我们开发的“计算机备品配件动态管理软件”系统中, 对备件编码规则不作统一规定, 备件编码的长度也不加限制, 可由软件使用单位根据自己的需要设计自己的备件编码。在此向读者推荐音型码是因为音型码具有规则简单、好记好用, 容易被大家接受等突出优点。另外对于集团公司下属各子公司可以分工编写本单位的备件编码, 不受时间和地域限制, 然后合并到集团公司的总数据库中, 从而可以大大缩短集团公司的建库工作。笔者认为音型码不但在我厂得到成功的应用而且它还具有很好
W03. 02-04的普及和发展前景。
作者通联:包钢炼钢厂 内蒙古包头市 014010
〔编辑 赵华民〕
工作研究
设备管理与维修 2003№2
9
零件的整体性能的特定工艺; 再制造毛坯快速成型技术是根据要求的零件几何信息, 采用积分堆积原理和激光同轴扫描等方法进行金属的熔融堆积、快速成型的技术; 过时产品的性能升级技术不仅包括通过再制造使产品强化、延寿的各种方法, 而且包括产品使用后的改装设计, 特别是引进高新技术使产品性能升级的各种方法。另外通用的各种机械加工和特种加工技术也经常使用。
汽车再制造的关键是对发动机再制造。发动机再制造的关键是对发动机的主要零部件的再制造, 这些零部件主要包括缸体、缸盖、曲轴和连杆等, 表面工程技术尤其是纳米表面工程技术是零部件再制造的重要技术手段, 应用纳米电刷镀技术、热喷涂技术等先进表面技术将保证再制造产品的质量。
(1) 纳米电刷镀技术
强、, 进行维修或再制造, 。以纳米金刚石和纳米陶瓷为代表的纳米硬粉, 具有很高的硬度和较好耐高温能力, 在镀层应用可以较大幅度改善电刷镀镀层的机械性能。通过将纳米材料与高效的电刷镀技术结合, 并采用镍包覆法对纳米粉表面进行处理, 可有效地提高纳米粉在镍基复合镀层中的共沉积量, 大大改善纳米粉在镀层中的均匀程度, 解决纳米粉在复合镀层中难以均匀分散这一关键问题。在纳米材料的弥散强化作用下, 获得的纳米复合镀层表现出比单一快速镍刷镀层更好的性能。例如含纳米金刚石的复合镀层在室温高负荷下具有优良的抗疲劳和抗磨损性能。纳米氧化铝Ni/Ni +nano -Al 2O 3复合镀层的使用温度提高到400℃, 复合镀层的显微硬度保持在600H V , 微动磨损深度为快速镍刷镀层的1/4。纳米复合电刷镀技术可用于进行装备零部件表面损伤的修复、新品零部件表面的强化和防护, 有望在汽车发动机的轴承、轴类零件的磨损部位得到应用。
(2) 高速电弧喷涂技术电弧喷涂技术是热喷涂技术的一种, 也是表面工程的重要组成部分。该技术产生较早, 兴起于上世纪80年代。随着喷涂设备、材料、工艺的迅速发展与更新, 电弧喷涂科技已经成为目前热喷涂领域中最引人注目的技术之一。
全军装备维修表面工程研究中心在普通电弧喷涂枪的基础上, 根据气体动力学的有关原理, 对传统电弧喷涂枪的流场进行优化设计, 经过大量的试验, 成功地研制出高速电弧喷涂技术。采用高速电弧喷涂技术能够制备耐磨涂层、防腐涂层、防滑涂层等各种性能的涂层, 可以应用于磨损零件的修复和强化。
新型高速电弧喷涂与普通电弧喷涂相比, 粒子速度显著提高, 雾化效果明显改善; 涂层的结合强度显著提高, 涂层的孔隙率和表面粗糙度低。高速电弧喷涂具有优质、高效、低成本的特点, 在汽车发动机再制造中具有广阔的应用前景。
(3) 纳米固体润滑干膜技术
表面减摩技术的应用, 能够提高汽车装备中的机械设备运行可靠性, 延长使用寿命, 减少维修次数。固体润滑干膜技术是一种新型减摩技术, 能够在高温、高负荷、超低温、超高真空、强设备管理与维修 2003№2 υλ
氧化还原和强辐射等环境条件下有效润滑。
纳米固体润滑技术通过在固体润滑干膜中添加润滑和抗磨作用的纳米粒子, 改善固体润滑干膜的润滑、耐磨损性能, 能够在常规油脂不宜使用的特殊环境下实现有效润滑, 并且没有油脂润滑所存在的污染及漏油等问题。如含有纳米氧化铝材料的固体润滑干膜的耐磨性提高了2～5倍。纳米固体润滑膜可以用到几乎所有的摩擦部件上而不需要改变部件的尺寸, 而且还具有优良的防腐蚀性能和动密封性能, 能起到防止机械振动和减少机械噪声的作用。良好耐磨、, 取得明显效果4
, 。该技术通过高能电脉冲产生高温, 使补材在经过预处理的待修表面上熔化, 实现二者的微区焊接, 能够对均匀磨损、沟槽和特形表面棱边损伤等进行快速修复。
另外超音速等离子喷涂技术、纳米减摩原位动态自修复技术等在汽车发动机再制造中也将能发挥重要的作用。超音速等离子喷涂以等离子弧为热源, 可以将微纳米陶瓷粉、复合粉等多种喷涂材料加热到熔融状态, 利用超音速射流沉积得到结合强度高、孔隙率低的高质量涂层, 在修复强化零件方面有广泛的应用前景。纳米减摩原位动态自修复技术通过在润滑油中加入纳米减摩添加剂, 在摩擦化学作用下原位动态修复零件表面微损伤, 能够有效降低摩擦、减小磨损、降低油耗、提高发动机的有效功率, 能够用于提高再制造发动机的性能, 延长使用寿命。
四、结束语
汽车发动机的再制造与维护保养和大修有着本质的区别, 需要应用各种高新技术实现节约资源、提高性能和质量, 还有待进行大量深入细致的研究工作。再制造工程的发展要走产业化、高技术化的道路, 建立严格的管理检测机制, 确保再制造产品的性能和质量, 才能使再制造工程得到健康的发展, 并发挥良好的作用, 产生巨大的经济效益、社会效益和环境资源效益。
参考文献
1 徐滨士, 梁秀兵, 李仁涵. 绿色再制造工程的进展[J].中国表面
工程,2001,2:1～4
2 Xu Binshi ,Zhang W ei ,Liu Shican ,et al. Remanu facturing T echnology for the 21st Century. The 15th European M aintenance C on ference , M arch , 2000in G othenburg ,S weden :335～339
3 佚名. 福特公司将建立全球最大汽车回收中心[J].汽车世界. 1999, (6) :22
4 李源. 欧美汽车回收业的发展. 世界汽车[J].汽车世界,1999, (6) :22
5 朱绍华, 刘世参, 朱胜. 谈绿色再制造工程的内涵和学科框架[J].中国表面工程,2001,2:5～7
W03. 02-05
作者通联:刘谦 装甲兵工程学院材料科学与工程系表面工程研究所 北京市丰台区长辛店杜家坎21号 100072
〔编辑 赵华民〕
工作研究
汽车发动机
再制造发展现状及其关键技术
刘 谦 戴庆荣
一、前言
再制造工程是正在发展中的一个新兴研究领域和新兴产业。再制造工程运用先进表面技术、技术、产业化生产方式、, 每年因磨, 与人民生活密切相关的汽车、家电、电脑等产品的报废数量更是惊人。据统计1996年全球就有2400万辆汽车报废, 到2004年仅美国就将有3. 15亿台计算机被废弃, 整个人类的生存环境面临日益增长的产品废弃物的压力。面对如此大量报废产品的处理, 如何尽量减少材料和能源的浪费, 减少环境污染, 最大限度地重新利用资源, 已经成为亟待解决的问题。再制造工程是解决资源浪费、环境污染和废旧产品翻新改造的最佳方法和途径之一。因此大力发展再制造技术已经是许多有识之士的共识, 国内外对再制造工程的研究越来越多。
二、汽车再制造工程
汽车零部件的再制造研究较早, 在国外已经形成了规模相当大的产业。美国汽车工程师协会(S AE ) 多次举办以“再制造”为主题的学术会议, 并对一些具体零部件(如离合器、发动机、变速箱、转向器等) 的再制造制定了标准。美国汽车发动机产品再制造协会(PERA ) 每月都出版关于再制造产品市场、销售、生产和管理的快报, 并主办《汽车再制造杂志》。美国福特汽车公司正在建立一个旧部件交流中心, 充分利用回收再制造的部件; 福个位置的某个数字代表什么意义不但有限, 而且需要有专门的编码手册来说明, 记忆量太大, 从而影响到编码的可理解性, 妨碍备件编码的使用和普及。
41为了有效检索利用历史数据, 备件编码应有稳定性, 而备件分类有可能随着时间或地域的不同而发生变化, 所以备件的类别可用单独字段来记录, 没必要在备件编码中得到体现。
51音型码属于备件品种编码, 而不是备件实物编码, 在备件入库、保管和出库跟踪等备件实物管理阶段除了备件编号可作为备件查询或统计的编码外, 还要将备件入库批号作为备件实物跟踪编码。
五、音型码的应用情况及长远意义
我厂是由定额管理员来负责录入备件名称和型号等数据, 审核无误后由计算机根据音型码规则自动生成备件编码, 完全实现了备件编码自动化, 从而大大减轻了人工编码难度和编码
特、, 建立汽车拆卸、再制造和再循环利用。, 节约了军用装备。
车辆再制造在我国的研究应用尚处于起步阶段, 很多项目主要集中在再制造单项技术的研究和理论研究上, 很少深入到汽车再制造的生产实践中去。表面工程技术应用于汽车再制造将提升再制造的产品质量。目前装甲兵工程学院正在建设国家级再制造技术科技重点实验室, 为装备的再制造升级改造与延寿提供了研究基地与实验平台。国内的济南、上海已经建立了汽车发动机的再制造生产线, 形成了一定的再制造能力。北京昊兰汽车修理厂也经过充分论证, 正在建设汽车发动机再制造生产线, 并与全军装备维修表面工程研究中心合作开展表面工程技术在汽车发动机再制造中的应用研究, 进一步提高再制造产品的质量。
三、汽车发动机再制造的关键技术
再制造工程所需要的技术种类非常广泛, 其中各种表面技术和复合表面技术主要用来修复和强化废旧零件的失效表面, 是实施再制造的主要技术
。由于废旧零部件磨损和腐蚀等失效主要发生在表面, 因此各种各样的表面涂敷和改性技术应用的最多; 纳米涂层及纳米减摩自修复技术是以纳米材料为基础, 通过特定涂层工艺对表面进行高性能强化, 或应用摩擦化学等理论在摩擦损伤表面原位形成自修复膜层的技术, 也可以归入表面技术之中; 修复热处理是通过恢复金属内部组织结构来恢复工作量, 提高了编码效率和编码质量。
在我们开发的“计算机备品配件动态管理软件”系统中, 对备件编码规则不作统一规定, 备件编码的长度也不加限制, 可由软件使用单位根据自己的需要设计自己的备件编码。在此向读者推荐音型码是因为音型码具有规则简单、好记好用, 容易被大家接受等突出优点。另外对于集团公司下属各子公司可以分工编写本单位的备件编码, 不受时间和地域限制, 然后合并到集团公司的总数据库中, 从而可以大大缩短集团公司的建库工作。笔者认为音型码不但在我厂得到成功的应用而且它还具有很好
W03. 02-04的普及和发展前景。
作者通联:包钢炼钢厂 内蒙古包头市 014010
〔编辑 赵华民〕
工作研究
设备管理与维修 2003№2
9
零件的整体性能的特定工艺; 再制造毛坯快速成型技术是根据要求的零件几何信息, 采用积分堆积原理和激光同轴扫描等方法进行金属的熔融堆积、快速成型的技术; 过时产品的性能升级技术不仅包括通过再制造使产品强化、延寿的各种方法, 而且包括产品使用后的改装设计, 特别是引进高新技术使产品性能升级的各种方法。另外通用的各种机械加工和特种加工技术也经常使用。
汽车再制造的关键是对发动机再制造。发动机再制造的关键是对发动机的主要零部件的再制造, 这些零部件主要包括缸体、缸盖、曲轴和连杆等, 表面工程技术尤其是纳米表面工程技术是零部件再制造的重要技术手段, 应用纳米电刷镀技术、热喷涂技术等先进表面技术将保证再制造产品的质量。
(1) 纳米电刷镀技术
强、, 进行维修或再制造, 。以纳米金刚石和纳米陶瓷为代表的纳米硬粉, 具有很高的硬度和较好耐高温能力, 在镀层应用可以较大幅度改善电刷镀镀层的机械性能。通过将纳米材料与高效的电刷镀技术结合, 并采用镍包覆法对纳米粉表面进行处理, 可有效地提高纳米粉在镍基复合镀层中的共沉积量, 大大改善纳米粉在镀层中的均匀程度, 解决纳米粉在复合镀层中难以均匀分散这一关键问题。在纳米材料的弥散强化作用下, 获得的纳米复合镀层表现出比单一快速镍刷镀层更好的性能。例如含纳米金刚石的复合镀层在室温高负荷下具有优良的抗疲劳和抗磨损性能。纳米氧化铝Ni/Ni +nano -Al 2O 3复合镀层的使用温度提高到400℃, 复合镀层的显微硬度保持在600H V , 微动磨损深度为快速镍刷镀层的1/4。纳米复合电刷镀技术可用于进行装备零部件表面损伤的修复、新品零部件表面的强化和防护, 有望在汽车发动机的轴承、轴类零件的磨损部位得到应用。
(2) 高速电弧喷涂技术电弧喷涂技术是热喷涂技术的一种, 也是表面工程的重要组成部分。该技术产生较早, 兴起于上世纪80年代。随着喷涂设备、材料、工艺的迅速发展与更新, 电弧喷涂科技已经成为目前热喷涂领域中最引人注目的技术之一。
全军装备维修表面工程研究中心在普通电弧喷涂枪的基础上, 根据气体动力学的有关原理, 对传统电弧喷涂枪的流场进行优化设计, 经过大量的试验, 成功地研制出高速电弧喷涂技术。采用高速电弧喷涂技术能够制备耐磨涂层、防腐涂层、防滑涂层等各种性能的涂层, 可以应用于磨损零件的修复和强化。
新型高速电弧喷涂与普通电弧喷涂相比, 粒子速度显著提高, 雾化效果明显改善; 涂层的结合强度显著提高, 涂层的孔隙率和表面粗糙度低。高速电弧喷涂具有优质、高效、低成本的特点, 在汽车发动机再制造中具有广阔的应用前景。
(3) 纳米固体润滑干膜技术
表面减摩技术的应用, 能够提高汽车装备中的机械设备运行可靠性, 延长使用寿命, 减少维修次数。固体润滑干膜技术是一种新型减摩技术, 能够在高温、高负荷、超低温、超高真空、强设备管理与维修 2003№2 υλ
氧化还原和强辐射等环境条件下有效润滑。
纳米固体润滑技术通过在固体润滑干膜中添加润滑和抗磨作用的纳米粒子, 改善固体润滑干膜的润滑、耐磨损性能, 能够在常规油脂不宜使用的特殊环境下实现有效润滑, 并且没有油脂润滑所存在的污染及漏油等问题。如含有纳米氧化铝材料的固体润滑干膜的耐磨性提高了2～5倍。纳米固体润滑膜可以用到几乎所有的摩擦部件上而不需要改变部件的尺寸, 而且还具有优良的防腐蚀性能和动密封性能, 能起到防止机械振动和减少机械噪声的作用。良好耐磨、, 取得明显效果4
, 。该技术通过高能电脉冲产生高温, 使补材在经过预处理的待修表面上熔化, 实现二者的微区焊接, 能够对均匀磨损、沟槽和特形表面棱边损伤等进行快速修复。
另外超音速等离子喷涂技术、纳米减摩原位动态自修复技术等在汽车发动机再制造中也将能发挥重要的作用。超音速等离子喷涂以等离子弧为热源, 可以将微纳米陶瓷粉、复合粉等多种喷涂材料加热到熔融状态, 利用超音速射流沉积得到结合强度高、孔隙率低的高质量涂层, 在修复强化零件方面有广泛的应用前景。纳米减摩原位动态自修复技术通过在润滑油中加入纳米减摩添加剂, 在摩擦化学作用下原位动态修复零件表面微损伤, 能够有效降低摩擦、减小磨损、降低油耗、提高发动机的有效功率, 能够用于提高再制造发动机的性能, 延长使用寿命。
四、结束语
汽车发动机的再制造与维护保养和大修有着本质的区别, 需要应用各种高新技术实现节约资源、提高性能和质量, 还有待进行大量深入细致的研究工作。再制造工程的发展要走产业化、高技术化的道路, 建立严格的管理检测机制, 确保再制造产品的性能和质量, 才能使再制造工程得到健康的发展, 并发挥良好的作用, 产生巨大的经济效益、社会效益和环境资源效益。
参考文献
1 徐滨士, 梁秀兵, 李仁涵. 绿色再制造工程的进展[J].中国表面
工程,2001,2:1～4
2 Xu Binshi ,Zhang W ei ,Liu Shican ,et al. Remanu facturing T echnology for the 21st Century. The 15th European M aintenance C on ference , M arch , 2000in G othenburg ,S weden :335～339
3 佚名. 福特公司将建立全球最大汽车回收中心[J].汽车世界. 1999, (6) :22
4 李源. 欧美汽车回收业的发展. 世界汽车[J].汽车世界,1999, (6) :22
5 朱绍华, 刘世参, 朱胜. 谈绿色再制造工程的内涵和学科框架[J].中国表面工程,2001,2:5～7
W03. 02-05
作者通联:刘谦 装甲兵工程学院材料科学与工程系表面工程研究所 北京市丰台区长辛店杜家坎21号 100072
〔编辑 赵华民〕
工作研究